«Как защититься от землетрясения? Быть готовым к нему!»
12.04.2011 /
№ 76 /
с. 2-3 /
Ирина Делюсина / Исследования /
No Comments
Прошел почти месяц после разрушительного землетрясения в Японии. Сначала все внимание было сосредоточено на разрушениях, вызванных цунами. Теперь весь мир с ужасом следит за ядерным кризисом на АЭС «Фукусима-Дайити» (Fukushima-1) и растущим риском радиоактивных выбросов. Но причиной всех этих бедствий было все-таки землетрясение. Есть ли какой-то способ избежать страшных последствий землетрясений? Предсказать их, спастись от них? Что мы о них знаем, чего не знаем и что обязаны знать? Об этом Ирина Делюсина разговаривала с профессором Калифорнийского университета в Дэвисе, известным геологом и тектонистом Элдриджем Мурсом.
— Элдридж, сразу же после катастрофы в Японии журнал Nature опубликовал статью «Гигантский толчок поколебал представления о поведении землетрясений» [1]. Речь шла о том, что многие факторы геологического строения района Сендай не рассматривались как потенциальный риск возникновения столь масштабного землетрясения. Что было не так в нашем понимании землетрясений?
— Наша проблема — недостаток информации. Мы знаем, где основные зоны землетрясения, имеем представление о «характерных землетрясениях» и о том, как часто их следует ожидать. Но существует слишком много переменных, и у нас нет данных о многих из них. Мы имеем дело с редкими событиями с большими последствиями. Сейсмологи пытались отслеживать множество типов вероятных предвестников землетрясений — выбросы радона,изменения в локальных магнитных полях, в структуре «форшоков» и т.д., и ничего пока не работает.
Сейсмическая карта России. Кружками различной величины показана магнитуда, разными цветами – глубина очага. Изображение United States Geological Survey (http://earthquake.usgs.gov/)
Мы не знаем точно, как выглядит поверхность разлома до и после землетрясения, мы не знаем, почему горные породы больше не выдерживают деформации и «ломаются» именно в этот момент, почему в одних случаях это происходит часто, а в других нужно долго ждать и почему некоторые землетрясения настолько велики.
Только сейчас журнал Science [2] обратил наше внимание на статью, опубликованную 10 лет назад, в которой были обнаружены следы очень крупного землетрясения и цунами 869 года в провинции Санрику (Sanriku), в 4 км от берега [3]. Эта незамеченная статья должна была предостеречь нас, что та -кие события могут происходить с интервалом примерно в 1000 лет, и этот интервал как раз подошел к концу. Но это никак не повлияло на изменение оценок сейсмических рисков, подготовку и ревизию защиты АЭС «Фукусима-1» от цунами. Ученые заявили, что они давно начали акцентировать внимание на этом событии, произошедшем 1142 года назад, но реакция была недостаточно быстрой.
— Это значит, что у крупных землетрясений тоже есть цикличность, как у климата?
— Они повторяются, но с не равными интервалами. В сейсмологии это «интервал повторяемости» (recurrence interval) — время между событием и моментом, когда это событие произойдет снова. Проблема в том, что существует очень большая изменчивость во времени повторения.
— Что с геологической точки зрения произошло в Японии непосредственно перед, во время и после землетрясения?
— Это было землетрясение зоны субдукции. Это так называемый «надвиг», когда основная Северо-Американская (или Охотская) плита движется вверх и на восток по Тихоокеанской плите, или можно сказать, что Тихоокеанская плита внезапно перемещается вниз по отношению к Японии. До землетрясения разлом был «заперт», т.е. был неподвижен. Я предполагаю, что разлом с японской стороны переместился вниз прямо. Однако дальше на запад земля была выгнута в складку, образовала «арку». Во время образования разлома Япония переехала примерно на 5 м к востоку по отношению к Тихоокеанской плите, а аркообразная складка упала и погрузилась на несколько метров. Это вертикальное движение повлекло смещение земной толщи и, что более важно, морского дна над ней, вызвавшее движение во всей водной толще. Это и привело в результате к цунами [4].
— Можно ли считать зону субдукции в районе Японии особенно активной и опасной? Существует ли какая-то мировая шкала, оценивающая опасность в подобных районах?
— Зона субдукции в районе Японского глубоководного желоба (trench) не более опасна, чем другие зоны субдукции. Движение Тихоокеанской плиты под Японию продолжается около 100 млн лет, и она идет вниз до глубины примерно 700 км.
Причина того, что это землетрясение оказалось настолько велико, — в том, что необычно велика была длина разлома, по некоторым оценкам-около 500 км. Мы должны учесть, что энергия землетрясения равна силе, умноженной на дистанцию перемещения, и пропорциональна площади, пострадавшей от землетрясения. Сильное землетрясение в этом регионе ожидалось, но в районе Токио и не столь грандиозных размеров. Хотя и было землетрясение 869 года на побережье, соизмеримое по масштабам, из этого факта, как выяснилось, еще не сделаны выводы.
В Средиземноморье землетрясения зоны субдукции происходят к югу от Крита и на юге Кипра. Я не знаю, однако, таких, которые были бы столь велики.
Аналогичные по размерам землетрясения происходили у берегов Аляски в 1964 г., на Суматре в 2004, в Чили в 1960 и 2010 гг. и на Тихоокеанском северо-западе, в том числе в северной Калифорнии, Орегоне, Вашингтоне. Землетрясение на о. Ванкувер в 1700 г. (эти данные взяты, кстати, из японских записей цунами) предположительно тоже достигало магнитуды 9,0 [5].
— Чего мы совсем не знаем о движениях по разломам или знаем недостаточно?
— Мы до сих пор не знаем, как и почему разлом происходит и почему движение прекращается. И более геологически: мы чаще всего не знаем, какие горные породы участвуют в разломах. Породы сильно различаются по своим физическим свойствам, а прочность пород также влияет на скорость сейсмических волн.
— Зная геологическую ситуацию Японии и обладая историческими сведениями, должна ли была страна готовиться к более сильным землетрясениям и цунами?
— Япония подготовлена к землетрясениям лучше, чем любая страна в мире. В том числе и морально, и это мы видим сейчас, наблюдая за мужеством, организованностью и спокойствием японцев. Разрушений от толчков было очень мало. Вы сами мне говорили, что трудно найти фотографию с последствиями собственно последнего землетрясения [6]. Япония также считала, что была подготовлена к цунами. Действительно, была построена грандиозная стена, защищавшая от волны. Но размер и сила цунами, увы, превзошли оборону.
— Может ли случиться подобное землетрясение в Восточной Азии? На Дальнем Востоке России?
— Да, российское восточное побережье является частью той же границы между Северо-Американской (Охотской) и Тихоокеанской плитами. Большие землетрясения можно ожидать на всем пространстве от Сахалина до Камчатки.
— Можем ли мы ожидать землетрясения в «нетипичных областях», как на американском Восточном побережье, например, или в Западной Европе?
— Да. Правда, не столь сильные. Но эти значительно меньшие землетрясения могут нанести большой ущерб в тех регионах, где землетрясения редки и где нет соответствующих строительных норм. Например, мы знаем, что случались редкие землетрясения магнитудой (M) 6-7 вблизи тектонически пассивных окраин Атлантического океана. Например, по данным сейсмолога Линна Сайкса (Lynn Sykes), примерно в 1740-50-х годах к востоку от Бостона, штат Массачусетс, и к востоку от Нью-Йорка происходили землетрясения расчетной величины 6-6,5. Здесь можно ожидать землетрясений M=6 примерно раз в столетие или около того. Однако ни Бостон, ни Нью-Йорк не вводят критерии сейсмостойкости в свои строительные нормы и правила.
— А как насчет Европейской части России?
— Это вполне возможно. Хотя Россия находится в сейсмически не активной зоне, несколько слабых землетрясений случалось и здесь, например на северо-западе от Москвы, в низовьях Волги, на западе от Урала и на юге Новой Земли [7].
«Важно, чтобы в будущем геологические исследования предшествовали строительству атомных электростанций, плотин или других инженерных конструкций. Это сэкономит много денег и, возможно, спасет много жизней».
Я думаю, тут нужно смотреть исторические записи, если они существуют. Не исключено, что редкие крупные землетрясения случались в прошлом. По геологической аналогии, одно из крупнейших землетрясений, когда-либо зарегистрированных в США, по мнению некоторых исследователей, произошло в 1811-12 гг. на юге штата Иллинойс, так называемый «Новый Мадрид». Это землетрясение ощущалось даже в Питтсбурге, и, согласно некоторым источникам, церковные колокола звонили в Бостоне. Обширные древние континентальные платформы, такие, как в Центральной России и центральной части США, эффективно распространяют сейсмическую энергию, так что энергия землетрясения путешествует на далекие расстояния.
Но Россия окружена сейсмоопасными районами. Зоны землетрясений и разломов вдоль Альпийского, Средиземноморского регионов и Тянь-Шаня очень широки, границы плит являются сложными, нечетко определенными, существует много мелких плит, и везде могут произойти смещения. В других местах, например вокруг Кавказа, нет резкой разграниченности плит, есть только одна широкая зона распределения разломов и сейсмичности. И известны большие исторические землетрясения, которые произошли в некоторых из этих регионов. Однако, как и в случае с восточным побережьем США, разломы, которые бы спровоцировали землетрясения в Центральной и Восточной Азии за последние 50 лет, не известны. Мы совсем ничего не знаем о том, что здесь происходило до XX века, и это, по-видимому, связано с тем, что плотность населения была в тех краях низкой, и до нас не дошло никаких сведений.
— Самый сложный вопрос: почему мы не можем предсказывать землетрясения?
— Повторю, мы не знаем достаточно о том, что вызывает их, где и когда они произойдут. Мы также не смогли пока определить никаких предшествующих событий или события, которые позволят нам понять, что землетрясение неизбежно. Всё, что мы можем сделать,- это сказать: «эта область землетрясений с некоторой частотой XX». Но «XX» только средняя, и изменчивость так называемых «частот повторяемости» очень велика. Например, разлом Сан-Андреас приходит в движение примерно раз в 135-150 лет на протяжении последних двух тысячелетий. Но расстояние между событиями фактически колеблется от 100 лет до более чем 300 лет.
— Существует сайт «Прогнозирование землетрясений и анализ рисков». Это серьезный ресурс, с полезным анализом уроков землетрясений. И вот я нашла там окно «Личные прогнозы землетрясений» [8]. В соответствии с этим личным прогнозом «вероятность землетрясения с магнитудой более 5,0 в пределах 50 миль от (тут был адрес нашего университета) в следующем году составляет 2,30%». Что Вы думаете об этом прогнозе, на чем он строится, и насколько я должна ему доверять?
— Это рассчитанная вероятность. Он менее точен, чем прогноз погоды, я считаю.
— Вы говорили, что сейсмолог и геолог видят землетрясения по-разному. В чем разница их взглядов?
— Сейсмолог использует сейсмические волны, позволяющие судить о строении Земли, величине землетрясений, о том, как Земля двигалась в результате землетрясения, и какое место землетрясение занимает в мировой картотеке землетрясений, в то время как геолог использует результаты сейсмических исследований. Но, кроме того, геолог исследует отложения и структуры, образующиеся в результате землетрясения, и то, как движения земли, произошедшие в результате землетрясения, вписываются в длинную геологическую историю региона и всей Земли.
Элдридж Мурс (Eldridge Moores) — заслуженный Почетный профессор геологии Университета Калифорнии в Дэвисе. Закончил с отличием Калифорнийский технологический институт (Caltech, 1959), защитил докторскую диссертацию (PhD) в Принстоне (Princeton, 1963). Почетный доктор Колледжа Вустер (The College of Wooster, 1994). Профессор Мурс — специалист по тектонике и структурной геологии. Опубликовал более 100 работ в рецензируемых (peer-reviewed) журналах, автор нескольких книг и учебников по тектонике плит. Член Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS) и Геологического общества Америки (GSA), Почетный член Геологического общества Лондона, член Американского геофизического союза (AGU). Награжден медалью геологической Канадской ассоциации (1994). В 1996 г. был президентом Американского геологического общества, в 2004-2008 гг. — вице-президентом Международного союза геологических наук (IUGS), с 2010 г. и по настоящее время — член Общественного комитета по вопросам политики (Public Policy Committee). Автор множества научно-популярных статей.
— Можно ли объединить эти усилия и различные знания, чтобы создать синтетическую модель для прогнозирования землетрясений?
— Это, безусловно, было бы прекрасно. Но проблема в том, чтобы решить, как много информации нам для этого потребуется. Например, у нас есть данные только из одной скважины в разломе Сан-Андреас (континентальный трансформный разлом длиной 1300 км, идущий вдоль Калифорнии —ИД.), Нам, вероятно, нужно пробурить множество новых, прежде чем мы сможем адекватно охарактеризовать горные породы по глубине, их прочность, их природу, ведущую к землетрясению, а именно, как и почему разрыв начинается и как сами породы и давление жидкости вдоль разрыва влияют на его поведение. И у нас почти совсем нет данных по дну океана.
Слабое землетрясение способно причинить огромные разрушения, если к нему не быть готовым. А самое сильное землетрясение может оказаться сравнительно безобидным, если знать, как от него защититься.
— Если бы у Вас были неограниченные ресурсы, куда бы Вы вложили их, чтобы защитить людей от последующего землетрясения?
Эта карта сравнивает знаменитое землетрясение 1811-12 гг. «Новый Мадрид» и землетрясение такого же размера Landers 1992 г. Землетрясение в Новом Мадриде охватывает более обширную зону из-за плоского рельефа и отсутствия преград, способных остановить сейсмические волны. (http:// standeyo.com/NEWS/08_Earth_Changes/081121.New.Madrid.EQ.catast.html)
— Наиболее экономически эффективным способом защиты людей от землетрясения является подготовка к нему. Так что я бы вложил деньги в подготовку. Строительные нормы должны быть везде пересмотрены так, чтобы встретить любые последствия землетрясения. Хотя Япония и Калифорния в достаточно хорошей форме, мы видим, что этого недостаточно. В Калифорнии до сих пор много неукрепленных каменных домов, которые плохо реагируют на толчки при землетрясениях. А вот многие страны с глинобитным или земляным строительством должны рассчитывать на очень серьезные разрушения. Например, землетрясения в Спитаке (Армения) в 1988 г. и в Лома Приета (Калифорния) в 1989 г. были примерно одного размера, однако в Армении были десятки тысяч пострадавших, в то время как в Лома Приета их было менее 100. Тут сказалась разница в стандартах зданий. Есть хорошая поговорка: «Землетрясения не убивают людей. Убивают падающие здания».
Лучшее, что нужно сделать, это точно понимать свою собственную историю, попробовать определить, какие последствия типичных землетрясений обнаружатся в зданиях, в стране, и убедиться, что здания построены или модернизированы так, чтобы быть в состоянии выдержать сильное землетрясение.
Наводнение на реке в Новом Мадриде (http:// franceshunter.wordpress.com/2009/11/19/ william-clark-and-the-new-madrid-earthquakes/)
Ну, а если бы после этого у меня еще остались деньги, то я бы поддержал проекты по геологическому картированию. Важно устранить пробелы в документации землетрясений и на суше, и на море. Например, только около 7 % дна океана закартировано в деталях. В Калифорнии, например, все время обнаруживаются новые разломы. В частности, несколько разломов было обнаружено вблизи и даже под АЭС уже после того, как они были построены.
Многие землетрясения, которые произошли в XX веке, оказались сюрпризами, потому что разломы, к которым они были приурочены, были до того неизвестны! Мы до сих пор не имеем полного представление о причине возникновения землетрясений вдоль восточной (тектонически пассивной) границы Северной Америки. Подобная ситуация вполне может существовать и для России.
Чтобы быть готовыми к землетрясениям, нам необходимо иметь полное представление о геологическом строении сейсмоопасных зон.
Важно, чтобы в будущем геологические исследования предшествовали строительству атомных электростанций, плотин или других инженерных конструкций. Это сэкономит много денег и, возможно, спасет много жизней. — Спасибо, Элдридж!
1. Giant shock rattles ideas about quake behaviour. Nature 471, 274 (2011) 15 March 2011.
